001 자동화 장비 설계는 어디서부터 시작할까? (3/5)

설계 순서 총정리

5. 장비 컨셉과 견적용 초기 레이아웃 작성하기

자동화 장비 설계에서 견적 단계 레이아웃은 상세설계가 아니야.

내가 견적용 레이아웃을 그릴 때는

• 제품 흐름
• 공급장치 구성
• 구현 난이도

이렇게 견적이 가능할 정도로 큰 틀만 잡았어.

견적 단계에서는 모든 부품을 정확하게 선정하는 것보다,

장비가 어떤 구조로 만들어질지를 먼저 판단하는 게 중요해.

제품이 어디에서 들어오고 어디로 이동하는지, 주요 공정은 어떻게 배치할지, 작업자와 유지보수 공간은 어느 정도 필요한지를 먼저 잡아야 전체 장비 크기와 대략적인 비용을 판단할 수 있어.

실제 발주 후에는 이때 잡은 큰 틀을 기준으로 세부적인 구조가 구체화되고 수정되기도 해.

같은 작업이라도 구현 방법은 여러 가지가 있을 수 있어.

제품을 옮길 때 실린더로 밀 수도 있고, 컨베이어를 사용할 수도 있고, 서보나 로봇을 사용할 수도 있지.

이 단계에서는 아직 부품 모델을 하나하나 선정하기보다

어떤 방식으로 제품을 움직일지, 공정을 몇 개의 유닛으로 나눌 것인지,

큰 구조를 결정하는 게 먼저야.

제품을 어떻게 움직일까?

동작에 필요한 실린더, 모터, LM가이드, 센서 같은 것들이 있지만 실제로는 동작 순서가 제일 먼저야.

* LM가이드 ( 직선 운동을 정밀하게 안내하는 직선운동 가이드 )

자동화 장비 설계를 할 때 처음부터 실린더나 모터를 배치하면 구조가 먼저 결정돼버려. 그래서 먼저 제품이 어떤 순서로 이동하고, 어느 위치에서 어떤 작업을 받아야 하는지를 정해.

예를 들면

공급 → 정렬 → 고정 → 작업 → 검사 → 배출

이런 흐름을 먼저 만들고, 그다음 각각의 동작에 필요한 구동 방식을 결정하는 거야.

공정이 정해지면 다음으로는 각각의 동작을 어떤 유닛으로 묶을지 생각해.

예를 들어

제품을 공급하는 부분, 위치를 잡는 부분, 가공하는 부분, 검사하는 부분을

각각 하나의 유닛으로 나눌 수 있어.

이렇게 나누면 나중에 조립과 유지보수가 쉬워지고,

문제가 발생했을 때 어느 부분을 확인해야 하는지도 명확해져.

어떤 방식으로 제품을 움직일지, 공정을 몇 개의 유닛으로 나눌 것인지 결정해야 해. 실린더, 모터, 서보, 로봇, 컨베이어, 인덱스 등 다양한 방식을 검토할 수 있어.

레이아웃 작업할 때 작업자 위치가 꼭 필요한 것은 아니지만, 함께 배치해 보면 제어반과 주변 설비 위치까지 검토하기 쉬워.

견적 단계에서는 “이렇게 만들 수 있겠다”를 검토했다면,

발주 후에는 “실제로 이렇게 만들어야 한다”로 바뀌어.

그래서 공간 간섭, 부품 선정, 조립 방법, 유지보수 공간까지

실제 제작을 기준으로 다시 검토하게 돼.

견적 단계에서 가능성을 검토하기 위해 잡았던 컨셉을 실제 제작 가능한 구조로 구체화하고,

고객과 주요 사양을 확정하는 승인도 작업을 진행하게 돼.

이 승인도를 보내서 제작 승인을 받으면 여기서부터 본격적인 상세설계가 시작되는 거야.

→ 글 012 자동화 장비 레이아웃 잡는 방법.

6. 유닛별 상세설계와 부품 선정하기

여기까지 왔다면 이제 장비의 큰 방향은 거의 결정된 상태야.

이제부터는 실제로 제품이 움직일 수 있도록 하나씩 구체화하는 단계라고 보면 돼.

자동화 장비 설계의 상세설계 단계에서는 단순히 제품이 움직이는지만 보는 게 아니야.

• 힘을 충분히 받을 수 있는지,
• 간섭은 없는지,
• 조립할 수 있는지,
• 부품을 교체할 수 있는지

까지 확인하면서 구조를 구체화해.

동작과 구조를 결정하기

많은 사람이 설계를 시작하면 바로 실린더나 모터를 고르려고 하는데, 실제로는 반대야.

가장 먼저 해야 하는 일은 제품이 어떤 순서로 움직여야 하는지를 정하는 거야.

예를 들어 볼트를 체결하는 장비라면,

제품 공급 → 위치 결정 → 고정 → 볼트 공급 → 체결 → 검사 → 배출

처럼 먼저 동작 순서를 정해야 해.

이 순서가 결정되어야 어떤 위치에 실린더가 필요한지,

모터가 필요한지, 센서를 어디에 설치해야 하는지가 자연스럽게 따라와.

그래서 실제 설계에서는 CAD보다 먼저 간단한 순서도나 스케치를 그리는 경우가 많아.

주요 부품 선정

여기까지 동작이 결정되면 이제 필요한 부품을 선정하게 돼.

대표적으로는,

• 에어실린더
• 모터 및 감속기
• LM가이드
• 베어링
• 센서

등이 있어.

각 부품의 선정 방법은 하나의 글로 설명할 수 있을 정도로 내용이 많기 때문에

여기서는 전체 흐름만 이해하고, 자세한 내용은 부품선정 카테고리에서 하나씩 다뤄볼게.

실린더를 사용할까?

실린더는 구조가 단순하고 가격이 저렴해서 자동화 장비에서 가장 많이 사용하는 구동 방식 중 하나야. 그래서 단순히 전후로 움직이는 동작이나 왕복 운동, 일정한 위치까지 빠르게 이동시키는 작업에는 먼저 실린더로 가능한지 검토하는 경우가 많아. 다만 위치를 자유롭게 제어하거나 여러 위치를 이동해야 하는 작업에는 한계가 있기 때문에 장비의 목적에 맞게 선택해야 해.

다만 위치를 자유롭게 제어하거나 여러 위치를 이동해야 하는 작업에는 한계가 있기 때문에

장비의 목적에 맞게 선택해야 해.

모터·서보를 사용할까?

모터나 서보는 속도와 위치를 자유롭게 제어할 수 있다는 장점이 있어.

특히 이동 거리나 속도를 바꿔야 하거나

여러 위치를 정확하게 제어해야 하는 경우에는 서보를 검토하게 돼.

하지만 가격과 제어 난이도는 실린더보다 높은 편이기 때문에 항상 필요한 것은 아니야.

가이드와 구동 구조 결정하기

제품을 움직이는 것만큼 중요한 것이 어떻게 지지할 것인가?야. 구동부가 충분한 힘을 가지고 있어도 제품을 지지하는 구조가 불안정하면 원하는 움직임을 만들 수 없어. 가이드가 부족하면 흔들림이 발생하고, 반대로 과하게 설계하면 비용만 증가할 수 있어.

가이드가 부족하면 흔들림이 발생하고,

반대로 과하게 설계하면 비용만 증가할 수 있어.

LM가이드, 리니어부시, 축 구조 등은 제품의 무게와 정밀도에 맞게 선택이 필요해.

센서 위치도 함께 생각하기

센서는 마지막에 추가하는 부품이 아니야.

설계 단계부터

• 제품이 들어왔는지
• 실린더가 끝까지 이동했는지
• 제품이 정상 위치인지
• 배출이 완료됐는지

같은 정보를 어디에서 확인할지 함께 생각해야 해.

센서를 교체할 공간과 배선 경로도 같이 고려하면 나중에 수정할 일이 훨씬 줄어들어.

장비 구조와 제작성도 함께 생각하기

프레임은 장비 전체를 지지하는 역할을 해. 강성이 부족하면 진동이 발생하고, 너무 과하게 설계하면 제작비만 증가하게 돼. 설치 위치와 이동 방법도 함께 고려해야 해.

재미있는 부분은 계산상 안전해도 담당자가 보기에 불안해 보인다면 보강해야 하는 경우가 있어.

그리고 부품을 설계할 때는 가공이 가능한 형태인지 확인해야 해.

조립식으로 만들면 간단하게 가공할 수 있는 부품도,

하나로 합쳐서 가공하면 가공 난이도와 공임이 올라갈 수 있어.

설계할 때는 구조적으로 만들 수 있는지만 보는 게 아니라

어떻게 가공하고 조립할 것인지까지 생각해야 해.

가끔 이 부분을 놓치면 제작이 시작된 뒤 비용이 증가하거나 납기가 길어지는 경우도 있어.

또 움직이는 부분에는 작업자가 접근하지 않도록 안전커버가 필요해.

단순히 덮는 것이 아니라 유지보수와 작업성까지 고려해서 설계해야 하고,

사용자 회사에 별도의 안전 규정이 있다면 그 기준에 맞춰 설계해야 해.

안전 관련 내용은 나중에 별도로 정리해 볼게.

제어 시퀀스 정리

기계 제어에 필요한 정보 정리

• 센서
• 솔레노이드 밸브
• 모터
• 인버터
• I/O
• 동작 순서

기계를 제어하기 위해서는 전기적으로 필요한 동작도 정리해야 해.

기계설계자가 PLC 프로그램을 직접 작성하지 않더라도,

기계가 어떤 순서로 움직이고 어떤 조건에서 다음 동작으로 넘어가는지는 정리할 수 있어야 해.

이 순서가 정리되어야 센서 위치와 액추에이터 구성도 결정되고,

전기 담당자도 필요한 I/O를 구성할 수 있어.

기계에 사용된 인버터, 센서, 솔밸브, 모터 같은 전기 구성품의 수량, 사양, 기능, 대략적인 위치를 정리해서 전기 담당자에게 전달하면 돼. 전기 담당자는 이를 바탕으로 배선 작업과 I/O를 정리하고 PLC 프로그램을 작성하게 돼.

001 자동화 장비 설계는 어디서부터 시작할까? (2/5)

001 자동화 장비 설계는 어디서부터 시작할까? (4/5)